地震作用下隔震简支梁桥碰撞反应的振动台试验

由地震引发的碰撞是影响桥梁地震反应以及造成桥梁破坏的重要因素。本文对地震作用下隔震简支梁桥的碰撞反应进行了振动台试验。设计制作1个两跨简支的隔震梁桥模型,试验研究了梁间隙、邻梁质量比、隔震支座类型等参数对桥梁碰撞反应的影响。试验结果表明邻梁间隙、邻梁质量比、隔震支座类型等参数对桥梁的碰撞反应有着显著的影响。邻梁间隙越大,碰撞次数越少;邻梁质量比越大,撞击力越大。铅芯橡胶支座比板式橡胶支座耗能能力更强,可以有效降低邻梁之间的撞击力甚至避免碰撞发生。从而为桥梁防碰撞设计提供了可靠的试验依据。     

近断层地震下在役简支梁桥横向抗震性能分析

为了研究材料劣化对近断层区简支梁桥横向抗震性能的影响,揭示支座+挡块组合隔震效果随桥梁服役时间的变化规律,以汶川地震中某实际桥例为背景,考虑钢筋锈蚀和混凝土碳化的时变特点,建立了桥例非线性时变分析模型,采用时程分析研究了桥梁不同构件的劣化损伤规律,并对挡块强度的时变影响规律进行了参数分析。结果表明:随着服役年限的增长,墩柱抗弯能力不断减小,损伤程度不断加剧;材料劣化提高了挡块的相对限位能力,使得支座位移下降,但由于墩柱损伤加剧,桥梁整体抗震性能下降;挡块强度越大,其限位能力越强,但会降低支座的"隔震"效果,增大墩柱塑性变形,且服役时间越长,挡块强度的增大对墩柱越不利。当挡块强度取20%～30%支反力时,不同服役年限下的支座和主梁位移都能得到有效的控制,而桥墩也处于可修复的损伤状态,对于桥例而言是合理强度取值,且与美国Caltrans规范吻合。     

设计地震下铁路简支梁桥支座水平地震力计算方法研究

为研究设计地震作用下铁路梁桥支座水平地震力按静力法计算的准确性和适用性,以一墩高为5～20 m、跨径为32 m的简支梁桥圆端形重力式桥墩为研究对象,建立单墩抗震模型,采用反应谱法分析不同场地条件下支座的水平地震力,探讨设计地震作用下桥墩截面的合理刚度取值。分析结果表明设计地震下桥墩均处于开裂状态,应以开裂截面刚度作为反应谱计算的截面刚度;静力法计算支座水平地震力会造成设计值偏大或偏小;桥墩越矮,场地条件越差,动力效应越明显,建议支座水平地震力采用动力法进行分析。     

楔形挡块对中小跨径梁桥横向抗震性能的影响

在地震作用下中小跨径梁桥横向易出现落梁以及桥墩破坏。为了防止桥梁出现上述震害,提出以楔形挡块作为限位装置来提升桥梁的横向抗震性能。以一座3×20 m连续混凝土梁桥为例,通过OpenSees软件来建立有限元模型,在考虑板式橡胶支座的摩擦滑移效应、钢筋混凝土桥墩的非线性等力学效应的情况下,对其进行动力时程分析。引入主梁位移响应、桥墩顶部最大位移响应等作为指标,用柔性挡块、刚性挡块两种工况来与楔形挡块进行对比分析,并且分析楔形挡块不同角度对位移响应的影响。结果表明:楔形挡块角度设置合适时能够有效约束梁体位移响应,并且不显著提高桥墩顶部的位移响应。     

寒区环境温度对板式橡胶支座连续梁桥地震易损性影响研究

针对现行规范对寒区桥梁减隔震设计中仅考虑橡胶支座力学特性受环境温度作用影响,而忽略桥墩混凝土材料特性受温度影响的不足,以高寒地区一座两联3×30 m混凝土连续梁桥为背景,开展不同环境温度下桥墩混凝土材料抗压性能试验,确定温度对其力学参数的影响,基于试验结果对不同环境温度下的桥墩混凝土力学参数进行修正,从而建立不同环境温度下的全桥精细化非线性有限元模型,并基于增量动力分析(IDA)法探究不同环境温度下该桥的地震易损性。结果表明:极端温度引起桥墩混凝土材料参数和支座刚度的改变,使得该桥自振频率随着温度的升高而降低;地震作用下,极端低温时桥墩墩顶位移较常温增大了26.8%,而极端高温时支座位移增大了19.4%;根据现行规范计算的极端低温时支座和桥梁系统的损伤概率偏小,极端高温时结构和构件的损伤概率偏大,在设计中应予以重视;极端低温下桥墩、支座及桥梁系统的损伤概率,较常温分别增大45.0%、35.2%和27.5%,对于高寒地区该类桥梁设计时需考虑低温对其抗震性能的影响。     

活动支座摩擦作用对连续梁桥固定支座剪力的影响

目前认为活动支座摩擦作用对连续梁固定支座剪力起有利的降低作用,抗震分析时一般忽略活动支座摩擦作用的影响。为了研究连续梁桥活动支座摩擦作用对固定支座剪力地震反应的影响,建立了考虑活动支座摩擦作用的连续梁桥抗震分析有限元模型,计算了各种情况下的固定支座剪力。研究发现,活动支座摩擦作用并不是在任何情况下都是有利的,根据分析结果给出了需要考虑活动支座摩擦力的情况,提出固定支座剪力简化计算公式需要综合考虑结构的自振特性及场地反应谱的影响。     

考虑支座滑移及挡块破坏的中小跨径梁桥地震易损性研究

从板式橡胶支座及混凝土挡块抗震设计角度,以一座典型的3跨预应力混凝土连续梁桥为例,结合概率地震需求分析及桥墩、支座等抗震关键构件极限破坏状态,建立不同支座及挡块分析模型的中小跨径梁桥地震易损性曲线,研究考虑支座滑移效应及挡块破坏的中小跨径梁桥的易损性特征。研究结果表明：不考虑橡胶支座的滑移效应及混凝土挡块破坏,桥墩地震破坏概率明显增大,且会低估支座破坏概率;桥梁系统易损性受支座破坏状态的影响显著,需设置合理的限位装置;在中小跨径梁桥地震易损性分析中,考虑支座的滑移效应及混凝土挡块的破坏十分必要。     

双向非线性隔震支座本构关系模型在双向地震下的动力反应研究

在双向非线性隔震支座本构关系模型基础上,建立了单质点隔震体系在双向地震作用下的动力方程和计算方法。在8度、8.5度和9度罕遇地震作用下计算分析了隔震体系在各种动力参数下的地震反应,提出了在不同设防烈度下满足位移限制要求的合理纯铅屈重比,为隔震房屋设计提供了可靠的依据和途径。     

LRB基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能研究

以典型的四层、六层和八层LRB(铅芯橡胶隔震支座)基础隔震结构为研究对象,通过大量的弹塑性时程分析,对极罕遇地震作用下的地震响应特点进行了分析;采用参数化方法,研究了隔震系统的力学性能参数和上部结构屈服强度比的变化对LRB基础隔震结构抗震性能的影响.结果表明:在极罕遇地震作用下,LRB基础隔震结构上部结构首层的层间位移...     

不同减隔震支座对跨断层桥梁地震响应的影响

为研究不同减隔震支座对跨断层桥梁横向地震响应的影响,以三跨简支梁桥为工程背景,用SAP2000建立有限元模型,并采用非一致多点激励输入的方式进行非线性时程分析.结果表明:在盆式支座、铅芯橡胶支座和摩擦摆式支座3种体系下,相较于盆式支座,后两种减隔震支座的引入可减小断层错动带来的结构约束扭转效应,降低下部结构响应水平,使...     

高烈度区连续梁桥的减震设计方法研究

本文以高烈度区的某三跨连续梁桥为例，分别采用基础隔震和消能减震两种措施进行结构的减震分析；针对隔震结构减震效果好但主梁位移过大的特点，提出了在采用铅芯橡胶隔震支座的同时设置粘滞阻尼器的减震方案，其非线性时程分析结果表明，该方案能有效地降低结构的地震反应，可供工程实践参考。     

Study of the seismic performance of expansion double spherical seismic isolation bearings for continuous girder bridges

The development of an expansion double spherical seismic isolation (DSSI) bearing by modifying the fixed DSSI bearing is described in this paper.The expansion DSSI bearing is characterized by its good ...     

Damage investigation of girder bridges under the Wenchuan earthquake and corresponding seismic design recommendations

An investigation of girder bridges on National Highway 213 and the Doujiangyan-Wenchuan expressway after the Wenchuan earthquake showed that typical types of damage included： span collapses due to unseating at expansion joints; shear key failure; and damage of the expansion joint due to the slide-induced large relative displacement between the bottom of the girder and the top of the laminated-rubber bearing. This slide, however, can actually act as a form of isolation for the substructure, and as a result, the piers and foundation of most of the bridges on state route 213 suffered minor damage. The exception was the Baihua Bridge, which suffered severe damage. Corresponding seismic design recommendations are presented based on this investigation.     

基于黏滞液体阻尼器的铁路钢桁梁桥减震研究

以某高墩大跨度铁路简支钢桁梁桥为实际工程背景,研究了黏滞液体阻尼器对结构纵向抗震性能的影响.采用非线性时程分析方法,对黏滞液体阻尼器的相关参数及布置位置进行了优化分析.分析结果表明:合理选择黏滞液体阻尼器的布置位置、个数及阻尼参数,高墩大跨铁路简支钢桁梁桥具有明显的减震效果.     

基于汶川地震的LRB与RB隔震连续梁桥地震响应对比研究

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)和板式橡胶支座(RB)对连续梁桥地震响应及隔震效果的影响,分别采用Bouc - Wen滞回恢复力模型模拟LRB的力-位移非线性特性,采用直线型恢复力模型模拟RB的本构关系,通过结构离散建立了非隔震、LRB隔震和RB隔震3种连续梁桥的有限元计算模型,运用四阶显式Runge - Kutta迭代法和Newmark时间积分法联合求解增量形式的全桥动力微分方程,并结合算例对3种连续梁桥有限元计算模型分别输入汶川地震波进行非线性时程对比分析.结果表明:LRB在控制梁体与支座位移,降低结构加速度和墩、台底内力响应方面均比RB的效果要显著;采用RB隔震后,梁体与支座的位移响应均较大,在桥梁隔震设计时要予以充分重视.     

近断层地震特性对隔震曲线连续梁桥地震响应的影响

为研究近断层地震动对曲线连续梁桥地震响应及碰撞效应的影响,采用非线性时程分析法,分别研究脉冲效应、上盘效应及方向性效应对某三跨曲线连续梁桥支座位移、桥墩内力及邻梁间碰撞力的影响;通过支座隔震率的对比分析,探究不同类型近断层地震动下地震响应产生差异的原因。研究结果表明:脉冲效应、上盘效应和方向性效应均会增大曲线连续梁桥地震响应,脉冲效应的影响尤为显著;脉冲效应和方向性效应削弱了高阻尼橡胶支座的隔震特性,而上盘效应对桥梁响应的影响仅与上盘地震动自身特性有关;综合来看,脉冲效应对曲线梁碰撞响应影响最明显,上盘效应影响不大。     

水平地震作用下高架桥与地铁结构的相互影响研究

为了研究水平地震作用下桥梁结构及地铁设施的相互影响,以山西省太原市解放路改造工程为依托工程,分别建立了高架桥、地铁站、高架桥及地铁设施组合结构的三维动力有限元模型,并考虑设置碎石隔震层,进行不同工况下结构的抗震性能分析。结果表明:由于碎石层的缓冲隔震作用,组合结构中高架桥的桥墩内力更小,且地震作用越大时,内力减小程度越大;另一方面,高架桥的建造对地铁结构的抗震性能影响较小。此外,对于桥梁结构而言,碎石层的厚度变化对桥墩内力有一定影响,但影响程度较小;而对于地铁结构而言,碎石层厚度越小,地铁柱剪力弯矩值往往会越大,但增加幅度有限。     

在役公路梁式桥综合震害等级预测研究

为客观预测在役公路梁式桥综合震害状况,考虑在役桥梁在运营期存在的病害问题,从压力和承压两方面建立在役公路梁式桥综合震害预测评价指标体系.以桥梁作为承灾体,建立在役公路梁式桥综合震害物元可拓模型,运用熵权法进行赋权,确定桥梁的综合震害状况.以一座在役梁式桥为例,运用上述模型确定算例的综合震害状况.研究结果表明,该桥的综合...     

Transient responses of girder bridges with vertical poundings under near‐fault vertical earthquake

Previous studies on pounding responses of bridge structures mainly focus on the horizontal pounding between adjacent structures. However, the vertical pounding responses of bridge are rarely studied. The aim of this paper is develop a theoretical approach to investigate the transient behavior of continuous bridge under near‐fault vertical ground motions. The transient behavior of bridge manifests as the earthquake‐induced response wave and pounding‐induced response wave travel throughout bridge. Based on a new continuous model of beam–spring–rod, the theoretical solution of bridge responses involving multiple vertical poundings is derived by the expansion of transient wave functions in a series of eigenfunctions. A new theoretical solving approach of the multiple vertical pounding forces is presented based on the transient internal force on the contact surface of the girder and bearing. The numerical results show that the present method can reasonably capture the propagations of the earthquake‐induced response wave and pounding‐induced response wave. The calculations of pounding force by the present method are convergence of the time‐step size and truncation number of wave modes. As the effect of transient wave is taken into account, the numerical results show several transient phenomena involving the vertical pounding, the high pounding force, the multiple‐pounding phenomenon, the vertical separation of girder from the bearing, the dependence of poundings on earthquake period and the narrow period window of poundings. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.